Wyznaczanie asymetrii napi

ęć

i pr

ą

dów. Skutki asymetrii.

Zmniejszanie oddziaływa

ń

asymetrii

System trójfazowy nazywamy zrównowa

ż

onym lub symetrycznym, je

ż

eli warto

ś

ci napi

ęć

oraz pr

ą

dów w poszczególnych fazach s

ą

sobie równe oraz przesuni

ę

te wzgl

ę

dem siebie o

k

ą

t 120. Je

ś

li którykolwiek z powy

ż

szych warunków nie zostanie spełniony, system

nazywamy niezrównowa

ż

onym lub niesymetrycznym.

Metoda składowych symetrycznych

ś

eby oszacowa

ć

niesymetri

ę

napi

ęć

lub pr

ą

dów w systemie trójfazowym stosuje si

ę

metod

ę

składowych symetrycznych. System trójfazowy przedstawia si

ę

wtedy za pomoc

ą

grafów

wskazowych w układach wektorów składowej zgodnej, przeciwnej i zerowej (u

ż

ywaj

ą

c

indeksów d, h, i).

Rys.Interpretacja graficzna składowych symetrycznych.

Układ wektorów składowej zgodnej skojarzony jest z dodatnim kierunkiem wirowania pola a
układ składowej przeciwnej – ujemnym. Wektory układu składowej zerowej maj

ą

identyczne

k

ą

ty fazowe, mog

ą

ró

ż

nic si

ę

jedynie amplitud

ą

. W systemach bez przewodu neutralnego nie

płyn

ą

pr

ą

dy składowej zerowej, ale mog

ą

powsta

ć

znaczne ró

ż

nice napi

ęć

.

Jako miar

ę

asymetrii przyjmuje si

ę

współczynniki asymetrii wyra

ż

one jako stosunek

składowej przeciwnej lub zerowej do składowej zgodnej napi

ę

cia lub pr

ą

du

n

A2

= A

2

/A

1

100 %

n

Ao

= A

0

/A

1

100 %

A

≡

{U

∪

I}

Asymetria w sieciach elektroenergetycznych

Symetria/asymetria napi

ę

ciowa w sieci elektroenergetycznej zale

ż

y od :

•

impedancji systemu elektroenergetycznego

•

napi

ęć

na zaciskach generatora

•

pr

ą

dów przepływaj

ą

cych przez odbiorniki, sieci transmisyjne i dystrybucyjne

(rozpływu mocy w systemie).

Napi

ę

cia na szynach generatorów s

ą

zazwyczaj wysoce symetryczne z uwagi na konstrukcj

ę

i charakter pracy maszyn synchronicznych u

ż

ywanych w elektrowniach. Nawet w przypadku

stosowania generatorów asynchronicznych u

ż

ywanych na przykład w elektrowniach

wiatrowych, uzyskuje si

ę

symetryczne napi

ę

cie trójfazowe.

Sytuacja wygl

ą

da inaczej w lokalnych sieciach generacji i dystrybucji mocy. Wiele z takich

niewielkich jednostek, na przykład ogniwa fotoelektryczne podł

ą

czone do sieci niskiego

napi

ę

cia przez odpowiedni

ą

aparatur

ę

energoelektroniczn

ą

, maj

ą

wzgl

ę

dnie wysok

ą

impedancj

ę

, (czyli moc zwarciowa jest wzgl

ę

dnie niska), co powoduje zwi

ę

kszenie

niesymetrii napi

ęć

.

Impedancja cz

ęś

ci systemu elektroenergetycznego nie jest dokładnie taka sama dla

poszczególnych faz. Geometryczny układ linii napowietrznej , asymetrycznej w odniesieniu
do ziemi, powoduje ró

ż

nice w parametrach elektrycznych linii. Generalnie ró

ż

nice te s

ą

bardzo małe, a ich skutki mog

ą

by

ć

pomijalne, gdy stosowane s

ą

ś

rodki zapobiegawcze jak

na przykład przeplatanie linii napowietrznych.

Asymetria obci

ąż

e

ń

elektrycznych

W praktyce podstawowym obszarem asymetrii s

ą

obci

ąż

enia elektryczne. Na poziomie

napi

ęć

wysokich i

ś

rednich, wyst

ę

puj

ą

zazwyczaj symetryczne odbiory trójfazowe, jednak

ż

e

mo

ż

na spotka

ć

równie

ż

du

ż

e obci

ąż

enia jednofazowych. Odbiornikami powoduj

ą

cymi

asymetri

ę

napi

ęć

w sieci s

ą

:

•

zespoły odbiorników jednofazowych przył

ą

czonych do linii trójfazowej, np. piece

indukcyjne, spawarki transformatorowe, trakcja jednofazowa,

•

odbiorniki trójfazowe o asymetrycznym obci

ąż

eniu chwilowym, jak np. piece łukowe w

okresie topienia wsadu,

•

liczne, nierównomiernie rozmieszczone odbiorniki jednofazowe wł

ą

czone mi

ę

dzy

przewody fazowe i neutralny, wyst

ę

puj

ą

ce np. u odbiorców komunalnych zasilanych z

sieci niskiego napi

ę

cia.

Obci

ąż

enia po stronie niskiego napi

ę

cia, jak na przykład komputery czy systemy o

ś

wietlenia,

s

ą

zazwyczaj odbiornikami jednofazowymi, st

ą

d trudno

ś

ci w zagwarantowaniu symetrii. Przy

rozplanowywaniu sieci elektrycznej zawieraj

ą

cej tego typu odbiorniki, obci

ąż

enia elektryczne

powinny by

ć

rozplanowane równomiernie na poszczególne fazy, na przykład jedna faza na

jedno pi

ę

tro, czy te

ż

naprzemienne podł

ą

czanie domów.

Wadliwa praca systemu jest również przyczyną asymetrii systemu. Zwarcia doziemne,
międzyfazowe, czy uszkodzenia przewodów są typowymi przykładami. Takie awarie i usterki
powodują zapady napięcia w jednej lub więcej fazach równocześnie, mogąc przyczynić się
do przepięcia w innych fazach.

Skutki asymetrii napięcia

Skutki asymetrii napięcia

Skutki asymetrii napięcia

Skutki asymetrii napięcia

Maszyny indukcyjne

W przypadku asymetrii zasilania silników indukcyjnych wirujące pole magnetyczne przybiera
kształt eliptyczny zamiast kołowego.

Rys. Charakterystyka moment-po

ś

lizg maszyny indukcyjnej przy zasilaniu niesymetrycznym.

Maszyny synchroniczne
Maszyny synchroniczne wykazuj

ą

zbli

ż

one zachowanie do maszyn indukcyjnych, lecz

główne uszkodzenia powoduje nadmierne nagrzewanie.

Działanie zabezpiecze

ń

Granice pracy okre

ś

lane s

ą

przez warto

ść

skuteczn

ą

pr

ą

du całkowitego, w którego skład

wchodz

ą

tak

ż

e „bezu

ż

yteczne” składowe przeciwne pr

ą

dów powoduj

ą

ce tak

ż

e dodatkowe

straty i zwi

ę

kszaj

ą

pr

ą

d całkowity. Musi to by

ć

brane pod uwag

ę

w przypadku nastaw progów

zadziałania zabezpiecze

ń

, reaguj

ą

cych na pr

ą

d całkowity.

Straty mocy i energii elektrycznej w liniach i przewodach
Wyst

ę

puj

ą

dodatkowe straty w liniach przesyłowych na skutek niesymetrii obci

ąż

enia.

Wpływ na baterie kondensatorów
Wyst

ę

puj

ą

dodatkowe straty mocy i energii w na skutek niesymetrii obci

ąż

enia.

Wpływ na transformatory
Transformatory w równej mierze reaguj

ą

na składowe napi

ę

ciowe zgodne, co i przeciwne.

Ich zachowanie wzgl

ę

dem składowej zerowej napi

ę

cia zale

ż

y od sposobów poł

ą

cze

ń

strony

pierwotnej i wtórnej a zwłaszcza od obecno

ś

ci przewodu neutralnego. W uzwojeniu wtórnym

je

ś

li jest poł

ą

czone w trójk

ą

t pr

ą

dy składowej zerowej mog

ą

by

ć

zamieniane na pr

ą

dy

kr

ążą

ce w tym uzwojeniu i wywołuj

ą

ciepło. Skojarzony z tymi pr

ą

dami strumie

ń

magnetyczny przepływaj

ą

cy przez cz

ęś

ci konstrukcyjne maszyny takie powoduje straty

uboczne, co wymaga przemianowania transformatora.
Układy przekształtnikowe
W wielu zastosowaniach mo

ż

na spotka

ć

układy przekształtnikowe (nap

ę

dy o regulowanej

pr

ę

dko

ś

ci, zasilacze impulsowe). Mog

ą

one napotyka

ć

dodatkowe, nieokre

ś

lone

harmoniczne. Projektuj

ą

c układ filtrów pasywnych niweluj

ą

cych wpływ powy

ż

szych

harmonicznych trzeba bra

ć

pod uwag

ę

tak

ż

e zjawisko wyst

ę

powania niesymetrii.

W przypadku układu przekształtnikowego układu zasilania z po

ś

rednicz

ą

cym obwodem

pr

ą

du stałego (szerzej omówione w dziale „zapady napi

ę

cia”) gdy napi

ę

cie zasilania jest

niesymetryczne, przewodzenie diod mostka nie jest regularne. Kondensator rozładowuje si

ę

w momencie, kiedy brakuje jednego ze szczytów sinusoidy zasilaj

ą

cej i dlatego pr

ą

d

pobierany z sieci konieczny na jego doładowanie b

ę

dzie wi

ę

kszy. Wyst

ę

puj

ą

przedziały

czasu, gdy trójfazowy mostek pracuje jak urz

ą

dzenie jednofazowe poł

ą

czone pomi

ę

dzy dwie

linie zasilaj

ą

ce. Pr

ą

dy zawieraj

ą

trzeci

ą

harmoniczn

ą

o znacznej warto

ś

ci, która jest

składow

ą

nie charakterystyczn

ą

dla tej konfiguracji. Przeci

ąż

enie pr

ą

dowe mo

ż

e uaktywni

ć

zabezpieczenia pr

ą

dowe i w konsekwencji mo

ż

e nast

ą

pi

ć

zatrzymanie nap

ę

du.

Zmniejszenie oddziaływa

ń

asymetrii

1. Równomierny rozkład obci

ąż

e

ń

i zmniejszenie spadków napi

ęć

2. Stosowanie układów symetryzuj

ą

cych, np. transformatorów o specjalnych układach

poł

ą

cze

ń

uzwoje

ń

, układów energoelektronicznych.